半导体的制造方法范文
时间：2023-11-02 18:02:27
导语：如何才能写好一篇半导体的制造方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
Abstract: In semiconductor manufacturing industry, the products are various, and the process is complex, so it has a higher demand of the utilization of equipment. For other manufacturing industry, production planning optimization is also more complex. This article discusses the heuristic algorithm often used in the semiconductor industry and the optimization method based on linear programming.
Key words: semiconductor manufacturing；production planning；packaging and testing of semiconductor；linear programming
中图分类号：TN3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）18-0046-01
0引言
在半导体企业的实际业务中，生产能力计划问题的常用解决方法一是靠从业者经验的积累，以一定的直观基础而构造的启发式算法；二是采用多次试验，比结果优劣定决策；三是建立数学模型，利用数学规划法等求解最优策略。目前在半导体工业中，生产能力规划也主要有三种方式：一是利用电子表格（例如MS excel）来实现 [1]，在制定生产计划时一般以月为单位，而设备生产能力一般是以天为单位来考虑的，故所需的设备数量等于当月加工任务除以设备月生产能力。一般采用此方法时，会根据不同的优先级来依次制定相应产品的生产计划。其二，一般用离散事件仿真法多次重复试验来进行生产能力规划，从而求得一个可使企业的关键绩效指标（KPI）较优的结果。上述两种方法均需多次运行调整反复试验，而且所得的解不能保证是最优解，甚至仍可能远离最优解。第三种方法是综合考虑多方面的因素利用线性规划法以建立约束条件和目标函数对生产进行优化，相关的研究文献可以参考[2][3][4]。因为能够采用专业的优化解算器如ILOG CPLEX[5]在短暂时间取得模型的最优解，在半导体生产能力规划中，线性规划普遍地应用在各个领域，尤其是针对较大规模的问题，它的优点越能被凸显出来。
1优化计划模型
生产能力规划模型经历了从单时间段到多时间段，从单目标到多目标发展历程。从单时间段到多时间段的转变是只需增加时间段下标和相应的约束关系即可，而使用不同的权重系数的多目标规划也可以解决多目标的协调问题。由于目前对于半导体生产规划问题大多集中于前道工序即晶圆厂的生产规划，对于封装测试生产线涉及很少，本文将简单以在存储器封装测试领域应用线性规划为例说明。如前所述，半导体生产规划的实质上是如何安排产品的混合生产的问题。由于每种产品很可能都有多重可供选择的加工路线，对于设备也存在Re-entry的访问，因此半导体生产系统优化的核心问题也就在于选择最适合的加工路线上以求得生产量及生产周期等指标的最优解。启发式方法是根据经验来优先使用相对好的加工路线资源，而在半导体制造中，两个主要的参照标准就是产品的优先级priority以及加工设备的柔韧性。在没有充足的可用资源的情况下，首先要确保priority相对高的产品的生产，但是针对于加工路线的选择，就要首先采用具有较高柔韧性的设备。线性规划是按照所需达到的限制条件，抽象并简化生产系统，建立有关的数学模型，进而取得达到约束条件的最优策略。
2举例
试以某封测企业的简单示例来说明线性规划法的简单应用。该工厂测试生产线有三种TESTER设备M1，M2和M3，各设备的数量分别为3台，3台，2台。目前生产两种产品Prod.A和产品Prod.B，其市场销售平均价格分别为￥45和￥35，其中Prod.A只能在设备M1与M2上生产，月别产能分别为110k和80k，而Prod.B在三种设备上都可以生产，月别产能分别为130k，85k和90k。产品Prod.A与Prod.B的最小生产量分别为300k与250k，最大需求量分别为500K和400K，企业的实际需求是如何安排生产计划能使企业的收益最大。从上面的例子可以看出，各产品存在多种备选加工设备，即有多重加工路线的问题，优化计划也就是选择最好的加工路线。企业实际一般采用Excel电子表格的形式，建立生产计划与效益的联动模型，由于Prod.A售价较高且只能在二种设备生产，以经验判断需要优先安排，以此为基础不断调整，求得一个近似最优解。具体的解法一般使用VBA或人工调整试算，本文不再赘述。
如果使用线性规划的方法，建立数学模型，则该问题可以简要表述如下：
目标函数（Objective）：
上式中，参数及变量说明如下：
参数部分：
①Price.A与Price.B为A、B两者产品的售价。②QL及QH为两种产品的生产量上下限。③K为每种产品在每种设备的生产能力。④M为设备保有台数限制。变量为X，及每种产品在每种设备的生产计划安排量；下标i=a，b 代表两种产品，下标j=1，2，3代表3种设备。求解则可以利用ILOG公司的Cplex软件，由于此示例规模较小，本文使用在Excel环境的Cplex Solver求解，求解示例及结果如表1所示。
3小结
对于多品种混合生产，制造过程极其复杂的半导体制造业来说，线性规划在生产计划中的优化作用已经越来越明显，这方面的研究文献也越来越多，也给企业带来了巨大的经济收益。
参考文献：
[1]刑文训，谢金星.现代优化计算方法.北京：清华大学出版社，2003.
[2]Leachman R C，Carmon T F.On capacity modeling for production planning with alternative machine types[J].IIETrans.，1992，24：62~72.
[3]Bermon S，Hood S J. Capacity optimization planning system（CAPS）[J]. Interfaces，1999，29：31~50.
篇2
A=Martin Anstice
云计算、物联网、人工智能，不断冒出的新技术让我们想象着一个不可预知的未来，而我们手中的移动终端也在往更轻薄、更低能耗以及更高性能的方向发展，但是要实现这一切都基于芯片的演进。让芯片变得更薄更轻、性能更强而能耗更低，要从芯片制造工艺本身来改进，现有的改进方法有芯片制造过程的缩减以及芯片架构的调整。不过无论哪种方式都对制造芯片的设备提出了更高的要求。在泛林集团（Lam Research）总裁兼首席执行官Martin Anstice看来，摩尔定律需要延续甚至突破，半导体行业才能持续发展。
C：全球半导体领域的技术发展呈现出怎样的趋势？
A：技术的发展基于整个半导体行业以及电子工业的发展，而半导体行业的发展又遵循于“摩尔定律”。要将“摩尔定律”延续下去，需要整个行业不断创新，以挖掘更多技术上的可能性。比如，现在业界比较关注的多重图形技术，就是把芯片的设计图曝光到晶圆上，然后我们再根据这个设计图来刻蚀晶圆。但由于现在器件越来越小，越来越精密，制造工艺都是在纳米级别下完成的，很多时候仅通过一次曝光很难达到需要的精度，必须通过多次曝光和刻蚀才能实现。此外，如今人们对电子产品性能的要求越来越高，这就意味着对半导体器件的性能提出更高的要求。如何在现有尺寸的器件上集成更多的功能，已成为我们必须解决的问题。目前，行业通过将器件的构架由二维向三维转变解决了这个难题，比如3D NAND技术，就是沿垂直方向来堆叠存储单元，从而有效提升器件的整体性能。其他的还有鳍式场效应晶体管（FinFET）技术、先进封装技术等。总而言之，未来的发展趋势主要聚焦于如何通过创新技术实现芯片尺寸的进一步缩减，这也将对半导体设备制造商带来很大的挑战。
C：设备制造商所在的行业面临什么挑战？
A：如今，随着物联网、云计算、互联网+等概念的应用和深入，以及电子产品与移动终端的普及和更新迭代速度的加快，市场对半导体产品的需求大大增加，同时也要求上游半导体器件设备制造商对市场的反应速度更快，经营方式更加灵活，业务体系更加全面。这是挑战之一。其次，消费者也希望手中的电子产品和移动终端变得更加轻薄、能耗更低，性能更高，但价格却更加优惠。这就要求这些设备中的半导体器件的尺寸进一步缩减，性能进一步提升。这样势必对半导体器件的制造工艺和设备制造商的创新能力提出更高的要求，尤其是在诸多技术已经进入拐点，行业迫切需要突破的时候。这是挑战之二。第三个挑战是如何培养，吸纳和留住尖端的技术人才。
C：你们怎么看待中国在半导体教育以及人才储备方面的状况？
A：总体来说半导体领域的人才还是比较短缺的。不仅中国如此，美国也是一样，甚至美国比中国还要严重。中国的半导体产业相对美国来说还比较新，但这里却拥有大量的发展机遇和潜力，比如这里既有诸如14纳米、16纳米以及3D NAND等行业最先进的技术，也有诸如物联网的很多成熟的技术。泛林和中国很多的高等院校合作，从教育体系入手，加快该领域人才的培养。
篇3
这项新的EMWS技术是UTAMCIC(集成电路磁祸合UHF标签天线)项目的研发成果。项目负责人是来自意法半导体的Alberto Pagani、Giov&nni Girlando、Alessandro Finocchiaro和来自卡塔尼亚大学的Giuseppe P&lmis&no教授。该项目曾荣获2010年法国巴黎智能卡及身份识别技术工业展制造与测试类“芝麻奖”。
晶圆电磁检测(EMWS)是晶圆电检测(EWS)的演化技术，是晶圆进行最终封装测试前的最后一道制造工序。在这个制造工序中，加工的晶圆上含有同样的集成电路组成的阵列，这些电路被称为裸片。与自动测试设备(ATE)相连的探测卡从每个裸片上方经过，显微探针与裸片上的测试盘依次接触，ATE测试裸片功能是否正常，在裸片封装前，这个过程可以去除任何有缺陷的裸片。
EMWS是一项较新的晶圆检测技术研发成果。在这种方法中，每颖裸片均内置一个微型天线，ATE设备通过电磁波为裸片供电并与其通信，这种方法可减少裸片上的测试盘数量，从而能够大幅缩减裸片尺寸。
测量大功率产品仍然需要探针供电，但是意法半导体的新方法(1)可实现对低功率电路进行完全非接触式测试。
篇4
随着2005年的结束，中国第10个五年规划(2000―2005年)也进入尾声，取而代之的十一五规划于10月正式出炉，并在3月的中国人大会议中列入讨论，关于半导体产业的优惠政策也已列入国务院2006年立法计划，未来中国半导体产业将如何发展，将值得大家仔细去观察分析。
回顾中国半导体产业发展历程
中国半导体产业起步甚早，早在50年代末期的二五计划时期(1958―1962年)中国政府就开始关注半导体技术。并首次将半导体技术纳入中国必须发展的新兴技术之一，但是由于当时的政策核心以发展航空工业及核工业为主，半导体产业只是点缀性质，因此没有实际的进展。在渡过了二五、三五及五五几个阶段后．中国政府开始正视半导体产业的重要性，并决定全力扶持．加快中国IC产业发展的脚步，因此自1981年开始中国半导体产业的发展历程可分为以下几个阶段。
(一)80年代(1981―1990年，六五及七五计划)
在此阶段中国政府开始正视半导体产业的发展，并在七五计划中提出IC产业的发展概念，为了落实七五计划，1986年中国国务院第122次常务会议决定对，C路等4种电子产品实行4项优惠措施．分别为：(1)以IC销售额10％为限额，提列资金用于技术与产品开发；(2)重大技术改造项目，经批准进口的设备、仪器、零件．免征进口关税；(3)企业免征产品增值税和减半征收企业所得税；(4)每年中国电子发展基金给予财政支持，用于支持集成电路等电子产品的开发和生产。
除实行4项优惠措施外，中国政府还开放自国外引进半导体设备外，并带进半导体先进技术、软件乃至外资及其管理方法．并陆续出现了华晶4英寸厂、上海先进、上海贝岭等半导体企业，正式启动了中国半导体产业。
(二)八五，九五计划(1991―2000年)的“908”“909”专项工程
在经过六五及七五计划的发展后，中国半导体产业陆续出现上海先进、上海贝岭等企业，在80年代末期中国政府再根据1989年计委会公布的“半导体发展战略”进行规划．订定出“908”专项工程。
“908”专项工程算是中国第一项，c发展工程，也是中国第一次有明确的IC产业政策及发展目标，目标是建立一条6英寸生产线．重点扶持中国现有的五大，C制造企业一上海先进、首网日电、上海贝岭、中国华晶及绍兴华越．并积极引进外来资金与技术来改善中国本土晶圆厂的生产实力，其中华晶即是自朗讯引进的0．9 μm6英寸晶圆生产线。根据中国政府的规划，是期望透过“908”专项工程来改善中国IC产业结构，由过去的IDM模式，向垂直专业分工模式转变。
虽然中国政府在八五计划中推出“908”专项工程，并建立了一条6英寸生产线及五大汇制造企业，但中国IC产业的发展依旧严重落后于国外；有鉴于此，1995年11月中国原电子部向国务院提交了《关于九五期间加快中国集成电路产业发展的报告》，并在中央政府的支持下，1996年3月业界俗称的“909”工程正式成立。
“909”工程总投资40亿人民币(1996年国务院决定由中央财政再增加拨款1亿美元)，由国务院和上海市财政按6：4出资拨款；除延续过去对IC产业发展的支持外，更以建设大规模集成电路芯片生产线的主要发展标的．主要是规划从事代工的8英寸晶圆厂，及与此8英寸厂配套的IC设计公司与晶圆材料生产线。
在“909”工程中．首先于1996年由上海华虹微电子，与日本NEC公司合资成立上海华虹NEC．并陆续成立一系列基于此的产业链上下游公司，包括上海虹日国际、上海华虹国际、北京华虹集成电路设计公司等。而华虹NEC也克服了华晶?年漫长建厂的悲剧．于1997年7月31日开工动土，1999年2月完工并开始投产，2000年营收达30.15亿元人民币，并顺利获利5．16亿元人民币，虽然来年就出现13.84亿元的亏损，但以当时九五计划来看，华虹NEC仍是成功的发展项目。
(三)十五计划(2001―2005年)
虽然中国过去的经济成长速度惊人，但在被称为“工业之米”的半导体发展上，却显得十分落后，除在晶圆厂方面多半是5英寸及6英寸厂为主外，其国内所产制的芯片仅能供应国内所需的7．5％，显示中国半导体技术与国际水准的落差相当的大；为此中国政府针对半导体产业，在十五计划做了更详尽的规划。
在十五计划期间，中国半导体产业的发展方针是从IC设计业切入，并以，C制造业作为发展重点，继而带动封测。支持产业的发展；在产业布局方面，则期望完成长江三角洲、京津环渤海地区及珠江三角洲三大重点发展区域，并支持西部地区发展封装产业；至于重点扶持产品则选择量大面广的产品，其中首要发展的IC卡、通信IC、数字影音视频IC等。
另外中国政府亦颁布了“18号文件”，从税收．投融资、进出口、人才等方面提供优惠措施，成为中国第一个关于发展IC产业的综合性文件；并给予租税的优惠(在附加价值税17％中．IC设计给予14％的减免．其它IC厂商则减免11％)外，也提供半导体厂商相当良好的环境，以吸引国际大厂进驻。
在中国政府大力的推广下，中国大陆地区IC产业在十五期间出现了，无论在设计及制造方面，都有较过去5.6倍甚至10倍以上的成长，在晶圆代工方面更创造出中芯国际。华虹NEC、和舰等世界级厂商，并成为仅次于台湾地区的全球第二大晶圆代工市场；而中国也在2005年顺利超越美国及日本．成为全球第一大的区域性半导体市场。针对如此重要的十五计划，在下一段将针对其发展策略、目标。方向及成效做更详尽的说明。
“十五计划”的具体成效
十五计划算是中国半导体产业发展以来推动的最成功的一项计划，在计划结束的2005年，中国已跃升为全球最大区域性半导体市场，整体市场规模为4．534．8亿元人民币，较2004年成长28．4％，优于全球半导体市场的6．8％成长率，其中，C市场规模达3，803．7亿元人民币，较2004年成长30．8％，占整体半导体市场比重在83．9％以上。
在产量的表现上，2005年中国IC产量为265．78亿块，成长25．68％，销售额超过800亿元人民币，完全达成十五计划的发展目标。至于在IC产值方面，2005年中国，c产值达到702．1亿元人民币，成长28．8％，自2001―2005年的5 年间，中国IC产量及产值年均成长都超过30％；不过值得注意的是，虽然中国已成为全球最大的区域性半导体市场，但大部份仰赖的是进口，比重超过80％，中国本土IC产量及营收仍旧偏低。
而在中国IC产业结构方面，IC设计业扮演的角色快速提升，占IC总产值比重也逐年增加，2002年时比重仅有8％，至2004年已提升至14.9％．2005年更达到17．7％：IC制造业则受到全球Foundry市场低迷及芯片代工价格持续下滑的冲击．加上2005年新产能扩张的贡献度大幅减弱，影响中国本土IC制造业厂商的表现，成长率自2004年的190％大幅下滑至仅成长28，5％，为232．9亿元人民币，不过在市场比重方面，则顺利突破3成至33．2％。
至于过去执掌中国本土IC市场牛耳的IC封测产业，2005年依旧维持稳定的成长表现，营收为344．9亿元人民币，较2004年成长22．1％．但其占中国本土IC市场比重仅49 1％，首次跌破5成。
IC设计
中国IC设计业近三年来的产值表现非常惊人，受惠于中国本土IC设计业者在产品创新上取得了重大进展，如重邮信科成功开发出中国第一颗0．13微米制程的TD-SCDMA芯片“通信一号”、凯明推出采90纳米制程的第二代TD-SCDMA／GSM双模芯片“火星”，加上新崛起业者如珠海炬力、中星微电子顺利至美国IPO上市，带动2005年中国IC设计产业营收首次突破百亿元大关，达到124．3亿元人民币，较2004年成长52．5％，更自自2002年的21.6亿元人民币．成长6倍以上，2002年至2005年的年均成长率更高达79．2％，其占整体市场比重也成长至17．7％。
中国政府于2000年―2002年间陆续成立了7个国家级设计产业基地，分别为上海、北京、无锡，杭州、深圳、西安及成都，近年来在中央及地方政府的大力推广下，已逐步形成几个主要的产业聚落，其中主要集中在以上海为中心的长三角地区。及北京为中心的京津环渤海湾地区，前者囊括了中国近5成的，C设计业者，后者则拥有近120家IC设计业者，除了这两个区域外．深圳则是中国最大的，C设计城市，已连续几年在产值上遥遥领先其它地区。
目前中国IC设计企业数约479家，较2004年的421家又增加了50几家，而50人以下的中小企业仍占大部份，比重超过6成，其中员工人数在20人以下的企业数有171家．比重约35．7％，而员工人数超过百人的企业家数则不到50家．比重仅9．4％，显示出中国IC设计企业的规模仍小。在设计能力上中国IC设计业者也大幅提升，目前已有超过5成的业者平均设计能力在0．18μm(含)以下．其中大部份业者的平均设计能力已达到0．18μm，比重约41．2％，其次则为0．25μm级，比重约21．4％；值得注意的是，具备0．13μm及以下设计能力业者比重已突破1成．约为10．5％，较2004年的6％大幅成长。
至于厂商排名方面，2005年中国前十大IC设计业者排名有了与过去不同的变化，最受人瞩目的是海归派企业的崛起，其中在2003年及2004年位居排行榜前两大的大唐微电子及杭州士兰微电子．2005年排名跌落到第四及五名，取而代之的是珠海炬力集成电路及北京中星微电子，这两家业者在2004年崛起，当年度营收成长率分别为900％及162％，2005年更以12．57亿元人民币及7．68亿元人民币荣登中国前两大IC设计业者宝座，出乎各界的意外。
重要的是，2005年中国IC设计中营收超过亿元人民币的企业家数已超过20家．为九五计划结束时的5倍之多，其中新龙头老大一珠海炬力，其2005年营收更突破10亿元大关，来到12．57亿元人民币．成为中国第一家营收突破亿美元关卡的企业；而珠海炬力及中星微电子于2005年11月相继赴美IPO上市，也为中国lC设计产业发展奠定了新的里程碑。
IC制造
自2002年以来，随着中芯国际、宏力半导体、和舰科技、上海先进等数个8英寸晶圆生产线的陆续建成投产，中国lC制造业快速的扩大，特别是在2004年．在全球IC市场产能吃紧的情况下，中国务晶圆生产线的产能利用率始终处于90％以上的高水平，代工价格也随之攀升。在这些因素的带动下，2004年中国IC制造产值成长率高达190％，为历年之最。
进入2005年，受到全球Foundry市场低迷的影响，中国IC制造企业产值成长率大幅回落，部份企业甚至出现负成长；与此同时，2000年以来的新建项目在2004年均已建成投产，2005年产能扩张对晶圆制造业规模成长的贡献度大大降低；2005年中国IC制造业产值成长率虽仅28．5％，但却顺利突破200亿元关卡，达到232．89亿元人民币。
在晶圆厂及制程技术的发展上，至2005年底中国共有15座4英寸厂、8座5英寸厂、17座6英寸厂、15座8英寸厂及2座12英寸厂．其中8英寸厂以中芯国际为主，其它如华虹NEC、上海先进、宏力半导体、和舰科技都各自拥有8英寸厂；至于12英寸厂则是中芯国际于北京投资的Fab4及Fab5，其中Fab4已于2004年投片，至2005年底月产能已达2．7万片，制程技术也达到0．11μm。
值得注意的是，2004年中国大陆晶圆代工产业营收达19．25亿美元规模，较2003年成长155．6％，占全球比重由2003年的6．57％、大幅跃升到11．53％．成为仅次于台湾地区120．22亿美元的第二大晶圆代工市场；2005年营收再提升至24亿美元，占全球比重也提升至13％。更重要的是，中芯国际成功挤下新加坡的特许半导体，以市占率7％跃居全球晶圆代工排名第三位，而中国晶圆代工厂商在全球20大中也共有5家企业入榜。
IC封测
与IC设计及IC制造业的高速发展相比，中国IC封测产业在近几年一直呈现稳定成长的态势，2005年新建项目建成投产的带动下成长率微幅上涨，2005年产值超过300亿元，达344．91亿元人民币，较2004年成长22．1％。
目前中国IC封装企业结构呈现明显的内外资差别，前10大企业中仅江苏长电一家本土企业入榜．不过年封装能力过亿块的企业已有9家，其中江苏长电年封装能力已达到20亿块以上；在技术方面，主要仍以低阶的DIP、QFP、SOP等传统封装形为主，不过江苏长电已开始朝CSP等级迈进。
分析中国半导体快速成长的原因产业优惠政策的支持
中国政府自1990年代的“908”及“909工程”开始，就将IC订定为国家发展的重点产业，不惜投入庞大的资金进行支持；到了十五时期，更是大力的发展汇产业，包括“18号文件”颁布就给予IC企业相当大的政策及税赋优惠。
国内市场需求持续成长
近年来NB、数字相机、PC、LCD显示器等信息产品厂房陆续大规模的向中国转移，中国已成为全球最大的信息产品生产基地，根据商务部数据，2005年中国计算机类产品出口额首次突破千亿大关，达1，048．4亿美元，占全国外贸出口总额比重也自十五计划之初2001年的7．9％提高到13．7％，预期未来中国信息产品的产量仍将大幅成长，加上消费电子及通信产品市场的持续扩大，可望带动中国国内IC产品需求持续成长。
产品设计能力大幅提升
过去中国半导体产业给人的印象普遍是技术实力的不足，此一情况在近年已有所改善。自2005年以来中国IC设计在产品创新上就取得了多项进展，包括重邮信科开发出中国第一颗0．13μm制程技术的TD-SCDMA手机核心芯片一一“通信一号”；凯明信息则推出采用90μm技术的第二代TD-SCDMA／GSM／GPRS双模及多媒体应用芯片――“火星”；青岛海信开发出中国第一款具自主知识产权的数字音视频芯片――“信芯”；中科技计算所开发出中国第一款AVS芯片――“凤芯1&2号”等，这些都显示出中国在3G通信、数字音频芯片等产品的设计能力已大幅提升。
国际半导体大厂到华投资热潮不断
随着近年来中国市场的陆续开放，其低廉劳力成本、地方政府优惠及庞大后盾市场等诱因吸引着国际大厂前往投资，并于当地设立研发中心、晶圆厂或封装厂房等，其中尤以封装测试厂为甚。以近两年的投资为例．AMD就投资1亿美元于苏州设立微处理器封装测试厂，并于2005年顺利投产；Intel于2003年宣布的成都封装厂一期工程也于2005年12月落成启用．将主要负责其自家产品P4 CPU的覆晶封测，第二期投资备忘录也已在2005年3月签订，预计于2007年投产，合计投资额4．5亿美元；至于早在深圳布局的STMicro，2006年2月亦宣布投入5亿美元．在深圳龙岗宝龙工业区兴建新的IC封测厂．有别于之前合资的深圳赛意法微电子．此为STMicro完全独资，计划年内动工，建成后年产量70亿块。
除了IC封测领域外，在IC制造方面也受到国际大厂的厚爱，其中由韩国Hynix与STMicro合作的无锡8英寸晶圆厂项目，已于2005年9月顺利获得中国工商银行7．5亿美元银行联贷．预计2006年第一季试产，第二季开始量产，初期月产能1．8万片，产品以DRAM为主：另外美国0C制造商AERO科技也在2006年2月与中国合肥高新区签订协议，将在合肥投资10亿美元分三期建设6英寸及8英寸晶圆生产线，月产能分别为4万片。
产学合作及人才培养成效浮现
由于半导体产业是知识密集型的高技术产业，相对的对于高水平技术人才的需求非常大，之前中国半导体产业普遍面临人才匮乏的问题，仅能从其它或台资企业挖角，不过近年来此情况已有所改变。2003年中国国务院科技领导小组推行了“国家集成电路人才培养基地计划”，并批准9所大学为首批人才培养基地，2004年8月再批准6所高校的加入，国家集成电路人才培养基地初步形成， 目标是在6―8年内培养出4万名IC设计人才及1万名相关制造技术人才，目前此效益已慢慢浮现。
十一五规划的半导体政策及发展目标
随着18号文件的取消及十的。有关半导体优惠政策已列入国务院2006年立法计划，并将在人大会议中讨论，其中扶持本土大企业、提高自主研发创新实力为首要目标，另外并将投资3．000亿元人民币在，C设计及制造产业上，持续重点发展设计及制造(晶圆代工)产业，其中，c设计将重点发展5家30～50亿元级企业及10家10～30亿元级厂商，制造方面则全力布建10座8英寸晶圆厂及5座12英寸晶圆厂。
另外在租税优惠方面也将有所著墨，除地方政府外，未来重点方向将放在所得税的优惠上，将原来的两免三减半提高为五免五减半(五年免税五年收一半税)或十年全免，虽然短期内其效应并无法显现，但却有利于国内外资本投入中国半导体产业。
另外就在中。美双方因18号文件中增值税问题签署谅解备忘录，由中国财政部、国家发改委及信息产业部共同制订的《集成电路产业研究与开发专项资金管理暂定办法》正式出炉，其中成立了一近30亿元人民币的研发基金．并决定自4月23日开始实施，此基金的相关内容如下：
成立宗旨：提高中国半导体研发能力及产业化水平。以加快技术创新及产品开发实力，并促进产学研合作。培养及奖励半导体产业的优秀人才。
申报条件：根据此一基金的规定。只要在中国境内注册，具有独立法人资格。经主管单位认定的半导体企业，并有符合申报指南要求的研发活动方案，具备所申报研发活动的能力、内部管理及财务制度健全皆可提出申请。
基金发放方式；将以无偿资助方式发放，其资助金额不超过该研发活动成本的50％。
值得注意的是，此半导体研发基金并不局限于半导体专用仪器。设备费及材料费上，只要是能提高研发能力的半导体相关方案，即便是人才的培养、引进及奖励等人事费也在补助范围之内。至于企业是否合格的认定工作将于发改委及信息产业部共同分担：其中发改委负责IC制造及封测业，信息产业部则负责IC设计企业，至于财政部则对发放基金的总量进行控制。
结语：十一五期间中国IC市场年复合成长率在2成以上
篇5
未来成长性超越其它终端应用
随着半导体技术的进展，数据运算与处理效率日益提高，让各车厂得以推出更智慧化、更先进的车辆，符合车主对安全性、舒适性、便捷性的追求，以及降低社会大众对能源消耗和环保的疑虑，种种因素带动车用电子控制系统或者是车载电子设备的需求，全球第三大车用电子厂商SIEMENS VDO预测到2010年电子将占新车制造成本的35%，如图1。
当电子产品占新车制造成本的比例越来越高的同时，车用半导体的市场也随之扩大。将Gartner Dataquest的数据(如表1)摊开来看，车用半导体的市场规模将从2004年的157.64亿美金，成长到2010年的284.92亿美金的规模。
若再将各应用领域于2010年的市场规模及2004－2010年的年复合成长率勾勒出如图2的X-Y散布图，再以车用半导体为中心点，更可以清晰看出，车用半导体在未来几年内，年复合成长幅度最高，达10.4%，远远高于次高成长率的无线通信(7.5%)。且到2010年，市场规模更将仅次于信息(1,058.15亿美金)、无线通信(634.69亿美金)、消费性(521.39亿美金)。这些数据显示出，车用半导体的潜在市场规模以及高成长性，的确不容忽视。
图二
更进一步，将车用半导体市场与扣除掉车用半导体市场(避免统计学上的自我相关系数, autocorrelation)的整体半导体市场成长趋势相比较，如图3所示，两者之间的相关系数(correlation coefficient)仅有0.59 (+1表示完全正相关；-1表示完全负相关；若相关系数值接近零，则表示无关连性)。而且当全球半导体产业随着总体经济景气的起舞时（因淡、旺季而呈现出剧烈的波动幅度），车用半导体却可因汽车产品为耐用品(Durable Goods)的特性，以及持续不断新兴的车用电子产品出现，因而具有特殊的利润增长点，得以稳定成长。
图三
就各半导体器件部份，根据Gartner Dataquest的统计数据，以Micro的市场规模最大，2004年达到52.01亿美金，主要是因为这是不管车载电子设备或是车用电子控制系统中，都需要的核心元器件，单价自然也相对来的高。平均来说，一般汽车至少都需要20颗MCU/MPU以上，豪华轿车如BMW已超过100颗，显示出汽车电子化已是必然的趋势。另外，作为汽车的触觉系统，能够迅速测量温度、压力、位置、转速、加速度和震动等变化并传递至微控制器/微处理器的传感器，则是因为数量急剧增加，是2004年中市场规模扩张速度最快的器件。目前，一辆普通轿车大约安装近百个传感器，豪华轿车上的传感器更多达200个。随着车用电子的进一步发展，车体越来越人性化的同时，毫无疑问地布满车身里外的传感器将逐渐增多，以满足驾乘者的舒适与安全要求。
图四
车用半导体厂商特性
面对快速成长的车用半导体，国际大厂无不用尽心力抢夺一杯羹。表3依据Gartner Dataquest的统计资料，以营收列出全球前20大半导体厂商，其中只有从摩托罗拉(Motorola)独立出来的Freescale，在2004年占全球市场超过一成，达11%，大部分厂商的市占率都低于5%。辅以产业经济学中计算产业集中度的赫佛因德指数(Herfindahl index,HHI)，加总主要厂商销售市占率的平方，无论是以前20大厂商或是以前5大计算，所得出来的HHI指数都相当低，显示出市场集中度相当低。
表二
不同于一般消费性电子产业，市场集中度低意味着厂商之间竞争激烈，车用半导体之所以会有低市场集中度，主要是因为其属于利基型产业，且各厂商都各自拥有独特的研发能力与产品，以及因地缘关系而发展出稳定的客户关系等因素。
图五
IT半导体大厂盘旋在门外
相较于3C产业的庞大市场规模，甚至从此而延伸出来的数字家庭的应用，一直以来都是半导体厂商专注的领域。而且由于车用电子半导体技术门坎在于数字与模拟科技整合的技术，加上车用电子要求10－15年的寿命、温度介于－40℃～125℃、最高抗震与晃动度与百万分之一(1PPM)的零件故障率，因此从表3的2004年全球半导体厂商排名与表2比较可以发现，以传统数字技术见长的IT半导体厂商，如Intel、Samsung、Micro与AMD等，较少涉足车用电子领域。
需与车厂紧密配合
异于汽车产业的中卫体系，汽车制造商只与第一层厂商(Tier 1 Suppliers)接触，较少深入到第二层厂商(Tier 2 Suppliers)，但是因为半导体器件，尤其是微控制器/微处理器和传感器，牵涉到车用电子系统的开发，欧、美、日各大主要车厂会要求半导体厂商就近支持。而且，在彼此信任的基础下，半导体厂商需告知车厂和系统厂商关于其未来的制程能力和产品规划，以便车厂能够更顺利设计下一代车款。Freescale早在Motorola时代就与GM集团建立长久的策略关系；Infineon在2004年中，将执行长的职位指派给曾经从事过汽车业的主管，并在其底特律办公室增聘45名员工就近支持当地汽车半导体业务；Robert Bosch自Mercedes-Benz创建时便开始合作，是一从传统的汽车元器件制造商跨足车用电子领域的典范例子。
图六
崛起的中国是未来的市场重心
也因为半导体厂商与车厂之间密不可分的关系，间接带领车用半导体产业的群聚效应，全球主要的车用半导体厂商几乎是分布于欧、美、日三大区域。这三个区域长久以来也对车用半导体有强劲需求，尤其是欧洲，根据IC-Insight的数据显示(如图8)，在2004年就占了38.1%的市场，到2010年还有37.0%。欧洲之所以对车用半导体需求特别高，主要原因是欧洲各车厂皆相继投入智能车辆的研发，提高操控性、安全性与舒适性，来维持消费者对品牌的认同度。
表三
北美地区的新车消费比率占全球的比率在未来几年并不会有太大的改变，但是车用半导体的市场占有率却下滑，主因是北美3大车厂的获利能力受到亚洲车厂的威胁，不得不采取全球采购的策略，将一些成熟的车用电子产品外包至成本较低的地区。
随着以中国为首的新兴国家开始主导全球汽车消费市场，间接牵动全球车用半导体的版图。预估2008年全球其它地区(Rest of World, ROW)的车用半导体市场将超越美国与日本，成为全球第二大市场，仅次于欧洲地区。值得注意的是，这些新兴国家并不像欧系车厂之间进行的技术竞赛，所激起需求，而是因为汽车销售量大所产生。
图七
在供应端方面，正准备将车用电子打造成第五大“明星”产业的台湾地区，部分IC设计公司(如：威盛、盛群、安茂、义隆、普诚等)，皆对车用微处理器展开布局。威盛与工研院共同开发Telematics平台；盛群切入仪表板和方向灯等微控制器，2004年贡献营收约1亿新台币；安茂从模拟IC着手，陆续获得VOLVO、奥迪、通用及绅宝等欧美系车商仪表板订单；义隆在车用微控制器上耕耘，应用在汽车双向防盗系统的芯片已量产出货；普诚则是往车用影音发展。还有主板厂商华硕于2004年年初成立团队，计划IC设计切入车用电子领域。
图八
晶圆代工龙头台积电为台湾地区首家通过ISO/TS16949:2002验证的半导体企业；DRAM业者如钰创和力晶等也看好内存在汽车产品如MP3和DVD等应用；封测业者如日月光也积极朝向车用电子IC领域布局，显见台湾地区半导体产业上、中、下游已展开车用电子总动员，建立完整的供应链。
结 语
如今电子系统在汽车领域获到了越来越广泛的应用，市场潜力值得期待的同时，身为车用电子器件的供应商面临更多新的挑战。除了要以高可靠性、高品质的产品来克服汽车本身严苛的使用环境外，如何整合各半导体元器件，突破有限车体空间的限制，也是一个关键的技术议题。而且，在计算机或通信产业，标准化的软硬件和接口已是常态，但是在汽车产业中，各汽车制造商为了建立竞争优势及市场区隔，需要半导体厂商提供客制化的应用功能，因此也拉长开发时间。厂商若没有兼顾成本效益及技术性的实质解决方案，恐怕很难配合。
全球汽车主要消费地区长期以来都是集中在欧、美、日三个区域，也因为车厂与其协力厂商密不可分的亲密关系，间接促成当地半导体厂商垄断市场的局面。不过，随着中国大陆、印度等新兴市场兴起，虽然世界主要汽车集团皆已完成布局与卡位，但各国政府对元器件国产化的限制以及成本考量下，车用半导体厂商的势力范围将有可能重新洗牌。所以，与其花更多的时间、精力、金钱远征对车用半导体需求最大的欧洲市场，与具有丰沛资源和坚固合作关系的国际大厂相抗衡，倒不如思考要如何把握新兴市场，积极投入开发具区域市场特色的产品。
另外，因为北美三大车厂遭遇到困境，纷纷祭出降价手段来挽回流失的市占率，迫使其合作厂商外包元器件给具成本竞争力的厂商。所以较低端的周边IC的商机已慢慢浮现。
Cirrus Logic模数转换器CS5343/44为消费和汽车应用提供高品质音效
创新IC可极大简化产品设计并缩小产品体积
Cirrus Logic公司为进一步扩大其模拟和混合信号音频转换器集成电路产品线，新近推出了两款面向各种消费和汽车音频产品，诸如机顶盒、数字电视、DVD刻录机、音频/视频接收机、车内娱乐及服务系统和乐器等应用的立体声模数转换器（ADC）。
CS5343和CS5344这两款新型10引脚模数转换器可为原始设备制造商提供业内尺寸最小（小于15平方毫米）的优质音响立体声音频ADC。
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关键词：集成电路工艺原理；教学内容；教学方法
作者简介：汤乃云（1976-），女，江苏盐城人，上海电力学院电子科学与技术系，副教授。（上海?200090）
基金项目：本文系上海自然科学基金（B10ZR1412400）、上海市科技创新行动计划地方院校能力建设项目（10110502200）资助的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）29-0046-01
微电子产业的快速发展急需大量的高质量集成电路人才。优秀的集成电路设计工程师需要具备一定工艺基础，集成电路工艺设计和操作人员更需要熟悉工艺原理及技术，以便获得性能优越、良率高的集成电路芯片。因此“集成电路工艺原理”是微电子专业、电子科学与技术专业和其他相关专业一门重要的专业课程，其主要内容是介绍VLSI制造的主要工艺方法与原理，培养学生掌握半导体关键工艺方法及其原理，熟悉集成电路芯片制作的工艺流程，并具有一定工艺设计及分析、解决工艺问题的能力。课程的实践性、技术性很强，需要大量的实践课程作为补充。但是超大规模集成电路的制造设备价格昂贵，环境条件要求苛刻，运转与维护费用很大，国内仅有几所大学拥有供科研、教学用的集成电路工艺线或工艺试验线，很多高校开设的实验课程仅为最基本的半导体平面工艺实验，仅可以实现氧化、扩散、光刻和淀积等单步工艺，而部分学校仅能开设工艺原理理论课程。所以，如何在理论教学的模式下，理论联系实践、提高教学质量，通过课程建设和教学改革，改善集成电路工艺原理课程的教学效果是必要的。如何利用多种可能的方法开展工艺实验的教学、加强对本专业学生科学实验能力和实际工作能力以及专业素质的培养、提高微电子工艺课程的教学质量，是教师所面临的紧迫问题。
一、循序渐进，有增有减，科学安排教学内容
1.选择优秀教材
集成电路的复杂性一直以指数增长的速度不断增加，同时国内的集成电路工艺技术与发达国家和地区差距较大，故首先考虑选用引进的优秀国外教材。本课程首选教材是国外电子与通信教材系列中美国James D.Plummer著的《硅超大规模集成电路工艺技术—理论、实践与模型》中文翻译本。这本教材的内容丰富、全面介绍了集成电路制造过程中的各工艺步骤；同时技术先进，该书包含了集成电路工艺中一些前沿技术，如用于亚0.125μm工艺的最新技术、浅槽隔离以及双大马士革等工艺。另外，该书与其他硅集成电路工艺技术的教科书相比，具有显著的两个优点：其一是在书中第一章就介绍了一个完整的工艺过程。在教学过程中，一开始就对整个芯片的全部制造过程进行全面的介绍，有且与学生正确建立有关后续章节中将要讨论的各个不同的特定工艺步骤之间的相互联系；其二是贯穿全书的从实际工艺中提取的“活性”成分及工艺设计模拟实例。这些模拟实例有助于清楚地显示如氧化层的生长过程、掺杂剂的浓度分布情况或薄膜淀积的厚度等工艺参数随着时间推进的发展变化，有助于学生真正认识和理解各种不同工艺步骤之间极其复杂的相互作用和影响。同时通过对这些模拟工具的学习和使用，有助于理论联系实际，提高实践教学效果。因而本教材是一本全面、先进和可读性强的专业书籍。
2.科学安排教学内容
如前所述，本课程的目的是使学生掌握半导体芯片制造的工艺和基本原理，并具有一定的工艺设计和分析能力。本课程仅32学时，而教材分11章，共602页，所以课堂授课内容需要精心选择。一方面，选择性地使用教材内容。对非关键工艺，如第1章的半导体器件，如PN二极管、双极型晶体管等知识已经在前续基础课程“半导体物理2”和“半导体器件3”中详细介绍，所以在课堂上不进行讲授。另一方面，合理安排教材内容的讲授次序。教材在讲授晶片清洗后即进入光刻内容，考虑工艺流程的顺序进行教学更有利于学生理解，没有按照教条的章节顺序，教学内容改变为按照清洗、氧化、扩散、离子注入、光刻、薄膜淀积、刻蚀、后端工艺、工艺集成等顺序进行。
另一方面，关注集成电路工艺的最新进展，及时将目前先进、主流的工艺技术融入课程教学中，如在课堂教学中介绍INTEL公司即将投产的采用了22nm工艺的代号为“Ivy Bridge”的处理器等。同时，积极邀请企业工程师或专家开展专题报告，将课程教学和行业工艺技术紧密结合，提高学生的积极性及主动性，提高教学效果。
3.引导自主学习
半导体产业正飞速发展，需要随时跟踪集成电路制造工艺的发展动态、技术前沿以及遇到的挑战，给学生布置若干集成电路工艺发展前沿与技术动态相关的专题，让学生自行查阅、整理资料，每一专题选派同学在课堂上给大家讲解。例如，在第一章讲解集成电路工艺发展历史时，要求同学前往国际半导体产业规划网站，阅读最新年份的国际半导体技术发展路线图，完成如最小特征指标、工作电压等相关技术指数的整理并作图说明发展趋势等。这样一方面激发了学生的求知欲，另一方面培养学生自我学习提高专业知识的能力。
二、丰富教学手段，进行多样化、形象化教学
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芯片封测肯定是有技术含量的。芯片即集成电路，集成电路（英语：integratedcircuit，缩写作IC），或称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、晶片/芯片（chip）在电子学中是一种把电路（主要包括半导体设备，也包括被动组件等）小型化的方式，并时常制造在半导体晶圆表面上。
晶体管发明并大量生产之后，各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用，取代了真空管在电路中的功能与角色。到了20世纪中后期半导体制造技术进步，使得集成电路成为可能。相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件，集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片，是一个巨大的进步。
集成电路的规模生产能力，可靠性，电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管。集成电路对于离散晶体管有两个主要优势：成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术，作为一个单位印刷，而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关，消耗更低能量，因为组件很小且彼此靠近。
（来源：文章屋网 ）
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关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体
1半导体材料的战略地位
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是：
（1）。增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。
（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。
（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。
（4）。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。
GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz，HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的PicogigaMBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
（2）硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与GaAs器件相媲美。
尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。
II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。
目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。
5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。
篇9
[关键词] 主生产计划 路径 整数规划 半导体制造
一、引言
本文主要致力于解决半导体后道封装测试厂的生产计划问题。基于客户确定的订单及销售预测的需求,我们来研究如何计算一个合适的数量的芯片在一个给定的周期内完成加工。工厂可以是自有工厂也可以考虑外发加工。订单完成率及产能约束会加入到约束条件之中。计算结果可以用于决策每个工厂的投料的数量,品种及时间点。这个计算结果就是主生产计划(MPS). 主生产计划在一个较长的时间段内,通常是半年,根据产品系列整合总体的生产,销售,及运作计划并最终产生针对各个产品以周为单位的总体生产计划。一个主生产计划是下一层各工厂或代工厂的生产计划及库存控制的重要依据。本文中所提及的主生产计划在一定程度上可以被称为供应链计划。
在诸多研究中,半导体行业的主生产计划很少被提及。有些著作会研究晶圆厂的产能规划问题。然而这种产能规划的时间段通常是1至2年,大大长过主生产计划。并且一般只是基于一个半导体晶圆厂针对不同产品系列展开的综合分析。在有的著作中曾提及基于整数规划来探讨集团范围内的生产策略及资源规划。一个总体模式被用来产生基于产品系列层级的计算结果。这样的模型和本文的模型有点类似在于它着重考虑了半导体制造中各前道晶圆厂及后道封装测试厂间的网络关系。也有基于一个前道晶圆厂的比较详细的模型。其中一个线形规划模型及相应的离散时件模拟被用于对不同产品投产比例的研究。基于对以往研究的探讨,可以发现主生产计划问题并不仅仅局限于半导体制造的供应链网络。在其它不同类型的行业中也有关于主生产计划方面的研究。本文主要就后道封装测试的自有工厂及外包厂的主生产计划建模并进行模拟计算。
在本文的第一段,我们会描述目前的问题。第二段,我们会建议一个整数规划模型。在最后,一些下一步的研究方向会加以阐述。
二、问题的阐述及假设
在本小节中,我们会针对所研究的问题加以描述,在第2小节中一个数学模型将会引入以优化本文的问题。我们主要致力于确定在不同的时间段不同的工厂投产的芯片数量。半导体制造包括前道及后道生产线。前道生产主要在半导体晶圆厂,而后道生产主要在封装测试厂。
本文只考虑封装测试厂。通常,生产可以外包也可以在自有工厂生产。自有工厂的模型会比外包工厂的来得复杂。我们假设需求的时间单位是周。需求包括确定的订单以及基于预测的产量。确定的订单的投产优先级要高于基于预测的产量。我们考虑上一个时间周期未达成的确定订单。基于预测的产量也被称为追加的需求。只有当产能充足的时候,我们才考虑基于预测的产量。假设我们会为了以后的订单储存一定量的成品库存。基于确定订单的销量不会超过客户订单的数量。基于预测的销量小于基于预测的产量。产能约束对于主生产计划问题很关键。在我们的模型中,我们假设每个产品的平均生产周期固定。给定的产品的完成时间.,我们能计算出它到达生产瓶颈的时间。我们在每个时间周期都会计算单位产品在生产瓶颈上消耗的时间。这个举措可以将那些工艺流程中要重复进入某一生产瓶颈的情况得到计算。由于我们无从获知代工厂的生产瓶颈,故而这种方法不适用于代工厂。因此对于代工厂,我们只是简单的计算单位时间的出货量。在这里我们规定代工厂的加工数量不能超过一个确定的界线。我们主要的工作是确定一定数量的芯片产品 p 能够在某个工厂m 内在时间周期 t 的结束前完成。我们使用周作为一个时间周期的长度,主生产计划包含6个月的时间跨度。
三、整数规划模型
在本小节中,我们基于上文中的主生产计划问题引入了一个整数规划模型
1. 决策变量,参数及目标函数
首先,我们先设定一些重要的模型纬度。以下模型纬度被加以考虑:
在这里我们用公式kmax = CTmax -1 来定义变量 kmax, 假设,我们能将所有产品的最长生产周期缩小到一个时间周期。我们可以引入以下决策变量:
目标函数是由于追加的销售预测而获得的营业额 与成本之间的差值(制造, 库存, 未完成的订单 以及选择不同生产工厂 的成本)。
2. 约束条件
以下一些条件约束被考虑到我们的主生产计划模型。
首先,我们加入库存平衡:
这个约束能够确保只有在需要的情况下一批产品才会在一个以上的工厂生产。
将非负约束及布尔约束加入模型,我们得到:
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种类繁多：经过几十年的发展，模拟半导体早已成为参天大树，枝叶繁茂，如何从种类繁多、五花八门的产品中选择到适合需求的是一件十分繁琐而复杂的事情；
到底功耗有多低：如今，每一家设计制造半导体芯片的厂家都在宣传自己的IC是多么省电，多么节能，相比同类产品节能百分之多少，但对每一位客户来说，一家之言显然说服力不足，如果可以有一个统一的标准去衡量对比，那么很多问题就清晰明了多了;
不断更新的功耗标准：在摩尔定律的推动下，半导体芯片的功耗不断降低，但仍然很难满足消费电子市场的对低功耗的渴求，几年以前最省电的MP3播放也只是能间断播放8小时，而现在已经可以连续播放20小时。换句话说，几年前顶级低功耗芯片，现在可能只能作为入门级产品;
解决方案比单一IC更有吸引力：竞争激烈地市场已经不再给设计者提供细细品味每一颗芯片的时间，因此一个低功耗的解决方案往往能给设计者带来更多信心。
美国国家半导体的PowerWise品牌并非新生事物，只是当今世界节能浪潮正在席卷世界各地，而同时市场的发展令人们对电子产品的期望日渐增高：视频传送与共享、移动电话宽带传输以及无限的储存量等等。所有新功能的实现都令现在的电源系统捉襟见肘。PowerWise开始显得格外突出起来。
美国国家半导体的一系列高能源效率产品都采用PowerWise这个品牌名称。除了多种性能/功率比极高的芯片产品，PowerWise系列产品还有多种不同的系统解决方案，其中包括专利技术、参考设计及精密的集成电路。这些芯片产品及解决方案的主要优点是可以大幅减少系统的耗电。美国国家半导体的PowerWise系列芯片包括多种不同产品：电源管理系统、放大器、接口芯片及数据转换器等。
符合新制订性能指标的PowerWise系列达到300多款
为了便于客户在性能与功耗之间合理取舍，美国国家半导体已制定了一套PowerWise性能指标，协助系统设计工程师更方便的比较及选择不同模拟元件及子系统的能源效率。美国国家半导体根据产品类型采用不同的简易算式，并结合多种普遍采用的测量方法，然后通过测量及计算，确定24类产品系列的额定效率。以高速数据转换器为例，这类产品的PowerWise性能指标将主要的动态性能与功耗一并计算在内。